锂离子电池辅材系列之一—铝箔的制造以及技术发展趋势

各位锂电乡亲们,新年好,在去年的相关系列中,已经把四大主材的制造以及检测的方法给大家做了深入的介绍,从本系列开始,将逐渐开始深入探讨锂离子电池辅材的相关内容,新年第一篇将从铝箔开始,和大家一起进行探讨和学习。

1. 为什么正极会选用铝箔?相信新入门的新人们也会讲出一二来,主要分为三个方面吧,首先是电化学方面,铝作为一种金属材料,活泼性居中,在空气中会生成氧化铝保护膜,电化学电位高,耐腐蚀性好;其次在机械性能方面,易于加工,机械强度好,可焊接可铆接,导热导电性能均不错;再次在成本方面,储量大,成本较低,不属于重金属,不属于战略性资源;因而这么多年来一直作为正极的集流体使用。

 

2. 1) 铝箔的牌号介绍:合金元素指的是为使金属具有某种特性,在基体金属中有意加入或保留的金属或非金属元素。铝合金牌号命名时,四位字符体系牌号的第一、三、四位为阿拉伯数字,第二位为英文大写字母(C、I、L、N、O、P、Q、Z字母除外)。牌号的第一位数字表示铝及铝合金的组别。除改型合金外,铝合金组别按主要合金元素(6XXX系按Mg2Si)来确定。牌号的第二位字母表示原始纯铝或铝合金的改型情况,最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金或表示铝的纯度。

1×××系列为:纯铝(铝含量不小于99.00%)

2×××系列为:以铜为主要合金元素的铝合金(硬度较高,在航空业上应用广泛)

3×××系列为:以锰为主要合金元素的铝合金(防腐蚀、防锈性能好,应用于潮湿的环境)

4×××系列为:以硅为主要合金元素的铝合金(耐热、耐磨,在机械行业应用广泛)

5×××系列为:以镁为主要合金元素的铝合金(密度低、抗拉强度高,常规工业和航空业均有广泛应用)

6×××系列为:以镁为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金(抗腐蚀性、抗氧化性能优良,应用于接头零件、低压武器上)

7×××系列为:以锌为主要合金元素的铝合金(高硬度、高强度,航空业应用)

8×××系列为:以其他元素为主要合金元素的铝合金(不太常用)

9×××系列为:备用合金组

锂离子电池辅材系列之一—铝箔的制造以及技术发展趋势 锂离子电池辅材系列之一—铝箔的制造以及技术发展趋势 HXX状态  H后面的第一位数字表示获得该状态的基本处理程序 。

H1 —— 单纯加工硬化状态  适用于未经附加热处理,只经加工硬化即获得所需强度的状态。

H2 —— 加工硬化及不完全退火的状态  适用于加工硬化程度超过成品规定要求后,经不完全退火,使强度降低到规定指标的产品。

H3 —— 加工硬化及稳定化处理的状态  适用于加工硬化后经低温热处理或由于加工过程中的受热作用致使其力学性能达到稳定的产品。

H4 —— 加工硬化及涂漆处理的状态  适用于加工硬化后,经涂漆处理导致了不完全退火的产品。  

H后面的第二位数字表示产品的加工硬化程度,从1到9的数字来表示不同的硬化程度,数字8表示硬状态,9表示超硬状态。

HX1:0与2之间的硬度

HX2:1/4硬

HX3:2与4之间的硬度

HX4:1/2硬

HX5:4与6之间的硬度

HX6:3/4硬

HX7:6与8之间的硬度

HX8:全硬状态

HX9:超硬状态

 

2) 目前锂电用铝箔向高纯度方向发展牌号为1060 1070 1080 1085(1070含义为铝的含量大于等于99.7%),其生产过程如下:

锂离子电池辅材系列之一—铝箔的制造以及技术发展趋势锂离子电池辅材系列之一—铝箔的制造以及技术发展趋势铸轧过程中铸轧与凝固过程几乎是同时发生的,因此,铸轧铝箔晶粒更具有方向性,纵向和横向不同,里面和表面不同;与半连续铸锭比较, 连续铸造材料截面薄,表现出更快的冷却速率和更小的晶粒尺寸。

锂离子电池辅材系列之一—铝箔的制造以及技术发展趋势 锂离子电池辅材系列之一—铝箔的制造以及技术发展趋势

在铸轧过程中,还会存在着粉尘、杂质、颗粒、外观等问题,都需要严格的控制环境以及保持设备的精密一致性才能生产出良好的产品。

 

3) 铝箔的检测:一般电池企业对来料的检验包含外包装、外观、厚度、宽度、面密度、材质、焊接性能、拉伸强度、延伸率等等,根据不同厚度、不同材质的铝箔都有内部的检测标准,检测起来也相对比较简单,在此不在详述。

 

4) 铝箔的技术发展:随着动力电池能量密度的提升,作为集流体的铝箔也越来越薄,因而要求其具有更低的杂质含量,更少的自放电、更好的厚薄均匀性、更高的表面张力、更好的粘结性能、更薄的厚度,更高的强度,更高的导电率、合适的伸长率等要求,同时为了提高活性物质的含量,铝箔表面涂层技术也是发展的很迅速,下面将简单对这些新技术进行介绍。

A、 涂层技术:利用功能涂层对电池导电基材进行表面处理是一项突破性的技术创新,覆碳铝箔就是将分散好的纳米导电石墨和碳包覆粒,均匀、细腻地涂覆在铝箔上。它能提供极佳的静态导电性能,收集活性物质的微电流,从而可以大幅度降低材料和集流之间的接触电阻,并能提高两者之间的附着能力,可减少粘结剂的使用量,进而使电池的整体性能产生显著的提升。

锂离子电池辅材系列之一—铝箔的制造以及技术发展趋势涂炭铝箔与非涂炭铝箔接触角对比:

锂离子电池辅材系列之一—铝箔的制造以及技术发展趋势

锂离子电池辅材系列之一—铝箔的制造以及技术发展趋势通过涂层技术,可以显著的改善界面的稳定性,增强了锂离子电池长循环的稳定性,目前已经批量化应用在一些动力电池产品上了,除此以外,还有一些安全涂层技术已逐步开始应用。锂离子电池辅材系列之一—铝箔的制造以及技术发展趋势相信在不久的未来,更多功能性的涂层技术都会在新能源领域大放异彩。

 

B、 多孔铝箔:随着技术的发展,多孔铝箔技术也应运而生,它可以承载更多的活性物质,让活性材料颗粒之间的接触更紧密。锂离子电池辅材系列之一—铝箔的制造以及技术发展趋势就目前技术而言,多孔铝箔还没有大批量的应用,还存在着涂布困难,抗拉强度低、碾压断带、毛刺多导致自放电大等等问题,需要进一步的研究和解决,虽然有一些小软包数据表明可以显著的提高能量密度,但老李认为距离产业化还是有一定难度的,需要对锂离子电池的前序制造过程进行优化才能匹配这种技术。

小结:本文简单介绍了锂离子电池正极集流体铝箔的生产工艺以及技术发展趋势,相信随着技术的发展,作为辅材的铝箔也会涌现出更多的新技术,让我们拭目以待吧。

参考文献:

1、 广州纳诺新材料介绍

2、 GB/T3880-2006一般工业用铝及铝合金板、带材第2部

3、 百度文库

※声明:本文来源于电池联盟会长

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